CN104165575A - 一种电阻式挠度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电阻式挠度测量装置，该装置包括透明外框、铰接球、电路板、无线收发装置、绝缘电阻针、导电电阻头、电阻棒、调平螺丝、半圆柱形透明竖管、软管、阀门接头和连通细管。半圆柱形透明竖管位于外框内，电阻棒、绝缘电阻针和导电电阻头定制在电路板上，透明竖管和无线发射装置固定在电路板上。该方法是通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。本发明整合了连通管和电阻法测量技术，既可应用于桥梁工程，也可广泛用于建筑、基坑等其他工程中的竖向位移及挠度测量，并且方便使用；由于电流测量的精度高，因此，该测量装置提高了挠度测量的精准性。

Description

一种电阻式挠度测量装置

技术领域

本发明属于挠度测量领域，具体涉及一种电阻式挠度测量装置。

背景技术

目前，桥梁荷载试验以及桥梁施工顶推过程中有一项重要内容就是挠度的测量。目前挠度测试主要分为以下几类：

1、水准仪或全站仪。其原理是在结构体上预先布置若干固定测点，将其中一点置于某不动点或相对不动点上，然后根据水准测量原理，在每次加载后用水准仪读取各处塔尺的标高，前后相减后即得到该处的挠度。优点是可以进行多点测量，无需安装基座或支架，设备携带量少。缺点是测量精度低，且测量可视度与精度受环境影响大；人工读数和人工扶尺容易造成人为误差；此外，测点多时，工作量大，造成经济成本增加。

2、非接触式激光位移计。这是一种光电装置，利用投影原理非接触测量物体尺寸。这种测量方式虽然操作方便，但主要缺点在于设备价格昂贵，操作复杂；且无法找到合适的固定参考点来应用于跨河跨江桥或高架桥梁的挠度测量。

3、接触式位移计。如百分表、千分表、拉线位移计、滑线变阻式位移计等。虽然仪器体积小，携带方便，但测量时必须提前固定参考点或者支架，在某些跨河跨江大桥或者高架桥梁上几乎不能用。

4、连通液位计。其测量原理是根据连通管水位总保持在同一平面上，根据变形前后水位的变化推求结构挠度。这个技术具有不受多方位变形及桥梁现场的高程、高湿和浓雾等的影响，能实现多点挠度检测，适用范围广，性价比高等优点。但是目前使用过程中，采用该方法的装置同样存在一定的缺点，例如有的专利采用在直管上安装标尺来人工读数，这种仪器精度低。而对于采用光电传感器进行读数的，由于水面张力的影响以及无任何放大功能，其精度和稳定性也同样不够好。另外还有测量挠度的专利，是利用微压传感器或者压力变送器来测量水柱压力，因为水柱压力变化极其微小，且连通器在多个管分压后，水压力更小，因此也很难达到理想的精度要求。还有利用浮力或浮子进行液面位移的转换，通过弹性元件或光电传感器感应浮力变化或者浮子位移，这种方式存在二次转换以及浮子的摩擦和垂直等问题，因此其精度和线性也难以满足现有应用的要求。

因此，需要一种新的电阻式挠度测量装置来解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种挠度自动测量装置，该装置封装性好，可抗风雨，而且操作简单，携带方便，可广泛用于建筑、基坑等其他工程施工过程中的竖向位移以及挠度测量，更可以适用于结构静、动态检测中的结构短期挠度测量。本发明还给出了一种基于上述电阻式挠度测量装置的挠度测量方法，该方法是整合连通管、无线传送装置和电阻法的测量技术，通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值，由于电流测量的精度高，该种电阻法测量挠度精度很高。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的电阻式挠度测量装置采用如下技术方案：

一种电阻式挠度测量装置，包括透明外框、铰接球、电路板、无线发射装置、绝缘电阻针、导电电阻头、电阻棒、调平螺丝、半圆柱形透明竖管、软管、阀门接头和连通细管。半圆柱形透明竖管位于透明外框内，电阻棒、绝缘电阻针和导电电阻头定制在电路板上，半圆柱形透明竖管和无线发射装置固定卡在电路板上，电路板具有一定厚度，其上端通过铰接球与外框连接，外框上部设置一用于固定铰接球的承力杆；半圆柱形透明竖管底部一侧设一进水孔，进水孔与软管相连，软管水平放置在外框底部框架上，软管另一端和外部进水管相连，在其相连处设置有一用于控制软管导通的阀门接头。该方法是通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。

优选的，所述铰接球为凹球槽与实球体进行铰接的结构，可以使半圆柱形透明竖管和无线收发装置固定在其上的电路板在小角度范围内自由转动调平。

优选的，为了使测管与地面垂直，在外框上方正中可设置一水准泡，以保证本装置预先垂直于地面。

优选的，所述水准泡的位置通过设置于透明外框四周的调平螺丝来进行调节。而竖管的垂直则通过铰接球自动调整。

优选的，所述电阻棒和绝缘电阻针是嵌在所述电路板表面的，可通过工厂来定制应刷电路板，所述电阻针是具有绝缘外壳的，只有其端头的导电电阻头导电。

优选的，所述无线收发装置包括显示屏、无线收发模块、报警器。

优选的，所述连通电路所需的电源由所述无线收发装置里面的电源模块提供。

优选的，所述无线收发装置和计算机之间通过无线传输模块进行数据的传递。采用无线传输模块可以减小测量仪的尺寸，同时在现场使用时，也不必进行布线，节省了劳动量。

优选的，所述软管通过阀门接头与所述外部进水连通细管连接。所述软管是水平放置在透明外框上的。

上述装置的测量方法为：将半圆柱形透明竖管、无线收发装置固结在其上的电路板悬吊起来，同时将竖管与连通器连接，通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。

本发明方法创新点是本发明整合了连通管、无线传输以及电阻法测量挠度技术，通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。由于电流测量的灵敏度高，所以电阻法测量挠度的本装置精度很高。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明整合了连通管、无线传输以及电阻法测量挠度技术，通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。该发明装置测量精度高，随应刷电路板上电阻针间距的变化可适应不同的量程，可以随意增减测管数量，实现多点同步测量，外框不仅用于固定安装半圆柱形透明竖管，更可以达到保护的作用，可以防风雨，并方便固定到结构上。因此本装置原理简单、结构简单，无任何特殊限制，却适用范围广。可广泛用于建筑、基坑等其他土木工程施工过程中的竖向位移以及挠度测量，可以适用于结构静、动态检测中的结构短期挠度测量。

2、通过测取由于竖管内电解质高度的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。由于电流测量的灵敏度高，所以电阻法测量挠度的本装置精度很高。

3、本发明装置封装性好，可抗风雨、防尘等，而且携带方便。

4、本发明可通过计算机控制采集各传感器数据，无需人工读数；具有无线传输的传输模块，则可以实现无线遥控测量。

附图说明

图1是本发明的电阻式挠度测量装置的方法原理示意图；

图2是本发明的电阻式挠度测量装置的界面示意图；

图3是本发明的电阻式挠度测量装置的侧视图；

图4是本发明的电阻式挠度测量装置的无线收发装置的细节图；

图5是本发明的电阻式挠度测量装置的铰接球的整体轴视和分解轴视图；

图6是实施例中测量桥梁挠度时的示意图；

图2和图3中，(1)透明外框；(2)铰接球；(3)电路板；(4)无线收发装置；(5)绝缘电阻针；(6)导电电阻头；(7)电阻棒；(8)调平螺丝；(9)半圆柱形透明竖管；(10)软管；(11)阀门接头；(12)连通细管。

图1中，(13)水箱；(14)电解质溶液；(15)连通粗管；(16)三向水管接头。

图4中，(17)显示屏；(18)无线收发模块；(19)报警器。

图5中，(20)凹球槽；(21)实球体

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

请参阅图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明的电阻式挠度测量装置，包括透明外框(1)、铰接球(2)、电路板(3)、无线收发装置(4)、绝缘电阻针(5)、导电电阻头(6)、电阻棒(7)、调平螺丝(8)、半圆柱形透明竖管(9)、软管(10)、阀门接头(11)和连通细管(12)。

如图2所示，半圆柱形透明竖管(9)位于透明外框(1)内，电阻棒(7)、绝缘电阻针(5)和导电电阻头(6)定制在电路板(3)上，半圆柱形透明竖管(9)和无线收发装置(4)固定卡在电路板(3)上，电路板(3)具有一定厚度，其上端通过铰接球(2)与透明外框(1)连接，透明外框(1)上部设置一用于固定铰接球(2)的承力杆；半圆柱形透明竖管(9)底部一侧设一进水孔，进水孔与软管(10)相连，软管(10)水平放置在透明外框(1)底部框架上，软管(10)另一端和外部进水连通细管(12)相连，在其相连处设置有一用于控制软管(10)导通的阀门接头(11)。

如图2、图3所示，所述电阻棒(7)和绝缘电阻针(5)是嵌在所述电路板(3)表面的，可通过工厂来定制应刷电路板(3)，所述电阻针(5)是具有绝缘外壳的，只有其端头的导电电阻头(6)导电。为了使测管与地面垂直，在外框上方正中可设置一水准泡，以保证本装置预先垂直于地面。水准泡的位置通过设置于透明外框(1)四周的调平螺丝(8)来进行调节。而竖管的垂直则通过铰接球(2)自动调整。所述软管(10)通过阀门接头(11)与所述外部进水连通细管(12)连接。所述软管(10)是水平放置在透明外框(1)上的。

如图4所示，所述连通电路所需的电源由所述无线收发装置(4)里面的电源模块提供。所述无线收发装置(4)包括显示屏(17)、无线收发模块(18)、报警器(19)。所述无线收发装置(4)和计算机之间通过无线传输模块进行数据的传递。采用无线传输模块可以减小测量仪的尺寸，同时在现场使用时，也不必进行布线，节省了劳动量。

如图5所示，所述铰接球(2)为凹球槽(20)与实球体(21)进行铰接的结构，可以使半圆柱形透明竖管(9)和无线收发装置(4)固定在其上的电路板(3)在小角度范围内自由转动调平。

请参阅图6所示，本实施例以桥梁挠度多点测量来说明如何具体利用该测量装置来进行挠度测量。在进行桥梁顶推时，先布设连通粗管(15)，然后用水箱里的电解质溶液(14)进行充水，在需要测量挠度的位置悬挂布置如图1所示的测量装置，利用调平螺丝(8)来调节透明外框(1)上的水准泡，使测量装置处于初始水平位置。打开水箱(13)和每个测点位置测量装置上的阀门(11)的开关，使电解质溶液(14)进入测量装置中的半圆柱形透明竖管(9)内。将所有测量装置上的无线收发模块(18)的信号连接到电脑，此时可以将初始状态的数据清零。

如图1、图6所示，在对桥梁进行向上顶推过程中，各测点将上升或下降，根据连通器原理，各个半圆柱形透明竖管(9)内电解质溶液(14)的液面也将相应上升或下降。随着电解质溶液(14)液面的变化，连入电路内的电阻棒(7)的长度也相应的变化。当测点位置下降时，电解质溶液(14)的液面上升，连入电路的电阻值变大，电路中的电流值减小；同样，当测点位置上升时，电解质溶液(14)的液面下降，连入电路的电阻值变小，电路中的电流值增大。

本装置旨在通过测取由于竖管内电解质高度(14)的变化而引起的电流变化，根据此电流变化与结构挠度值的关系得到挠度值。通过建立电流值与液面相对高度变化的对应关系，利用电脑可得到将一系列数据。当液面稳定时，采用每个测点的无线收发模块(18)传送给电脑的数据，就可以得到试验跨上各处液面高度的变化数据ΔL₁，ΔL₂，ΔL₃，ΔL₄，ΔL₅……ΔL_i，ΔL₀为非试验跨上的固定不动点的液面高度，所以，其他数据与该点数据相减，就可以得到相应各点的挠度。每一测量的挠度值都会在透明外框(1)内的显示屏上显示。此外，可通过电脑，提前设定一个挠度变形的上限值，将指令发送到每个测量装置的无线收发模块(18)，当ΔL₁，ΔL₂，ΔL₃，ΔL₄，ΔL₅……ΔL_i中的某几个挠度值达到挠度的上限值时，测量装置就会报警，并将信号反馈到人工控制的电脑，此时可停止施工顶推操作，检查具体报警的测量点，采取措施，进行调整后再继续顶推施工。

Claims (7)

1.一种电阻式挠度测量装置，包括透明外框、铰接球、电路板、无线收发装置、绝缘电阻针、导电电阻头、电阻棒、调平螺丝、半圆柱形透明竖管、软管、阀门接头和连通细管，其特征在于：所述半圆柱形透明竖管位于所述透明外框内，所述电阻棒、绝缘电阻针和导电电阻头定制在所述电路板上，所述半圆柱形透明竖管和无线收发装置固定卡在所述电路板上，所述电路板具有一定厚度，其上端通过所述铰接球与所述透明外框连接，所述透明外框上部设置一用于固定所述固定铰接球的承力杆；所述半圆柱形透明竖管底部一侧设一进水孔，进水孔与所述软管相连，所述软管水平放置在所述透明外框底部框架上，所述软管另一端和所述外部进水连通细管相连，在其相连处设置有一用于控制所述软管导通的所述阀门接头。

2.根据权利要求1所述的电阻式挠度测量装置，其特征在于，所述铰接球为凹球槽与实球体进行铰接的结构。

3.根据权利要求1所述的电阻式挠度测量装置，其特征在于，在透明外框上方正中可设置一水准泡，水准泡的位置通过设置于透明外框四周的调平螺丝调平螺丝来进行调节。

4.根据权利要求1所述的电阻式挠度测量装置，其特征在于，所述软管通过阀门接头与所述外部进水连通细管连接。

5.根据权利要求1所述的电阻式挠度测量装置，其特征在于，所述无线收发装置包括显示屏、无线收发模块和报警器。

6.根据权利要求1所述的电阻式挠度测量装置，其特征在于，所述电阻棒和绝缘电阻针是嵌在所述电路板表面的。

7.根据权利要求1所述的电阻式挠度测量装置，其特征在于，所述电阻针是具有绝缘外壳的，只有其端头的导电电阻头导电。